Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Пайерлс Р. -> "Квантовая теория твердых тел" -> 96

Квантовая теория твердых тел - Пайерлс Р.

Пайерлс Р. Квантовая теория твердых тел — М.: Иностранная литература, 1956. — 260 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayateoriyatverdihtel1956.djvu
Предыдущая << 1 .. 90 91 92 93 94 95 < 96 > 97 98 99 100 101 102 .. 111 >> Следующая

Пекара. - Прим. перев.
226 ГЛ. 9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ЭЛЕКТРОНАМИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
На опыте явление захвата электронов в однородной решетке, кажется, не
известно; однако такой захват всегда имеет место в узлах, где решетка
нарушена.
Процесс испускания света в принципе является обратным поглощению; однако
здесь основным является вопрос о возникновении возбужденного состояния и
о том, какие другие процессы конкурируют с испусканием. Эти вопросы будут
разобраны в следующей главе.
Глав а 10
ПОЛУПРОВОДНИКИ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
§ 1. Полупроводники
В гл. 4 мы разделили твердые тела на два класса, а именно на тела, у
которых в основном состоянии наиболее высоким занятым уровнем является
верхний край полосы, и на тела, в которых последний занятый уровень
находится где-то внутри полосы. В этом заключается различие между
изоляторами и металлами. Так как в определении этого различия говорится о
состоянии с наименьшей энергией, то оно относится к абсолютному нулю
температуры, и в этом случае дает возможность строго различать эти два
случая. Однако если энергетическая щель между последней занятой и
ближайшей пустой полосой мала, то небольшое число электронов перейдет в
верхнюю полосу благодаря тепловому возбуждению, в результате чего
возникнет небольшое количество электронов проводимости в верхней полосе и
небольшое число дырок в нижней.
В таких веществах число носителей тока должно очень быстро возрастать с
температурой. Эти вещества называются полупроводниками и характеризуются
малой проводимостью, которая возрастает при увеличении температуры.
Полупроводники описанного типа, в которых повышение температуры вызывает
переходы между энергетическими полосами идеального кристалла, носит
название полупроводников с собственной проводимостью.
Такие вещества встречаются очень редко, ибо для того, чтобы, например,
при комнатной температуре проводимость была достаточно большой,
необходима очень малая энергетическая щель.
В принципе любой непроводящий кристалл при достаточно высоких
температурах должен был бы являться полупроводником, но обычно этот
эффект ничтожно мал. Кроме того, вещество может содержать примеси, в
которых могут образовываться занятые электронные состояния или вакантные
уровни - в щели между наиболее высоким из заполненных и наиболее низким
из пустых уровней кристалла. Если заполненный уровень лежит вблизи
верхнего края щели, то достаточно небольшой добавки к энергии, чтобы
поднять электрон в полосу проводимости; если вблизи нижнего края щели
лежит пустой уровень, то небольшое увеличение энергии приведет к переходу
электрона из занятой полосы на уровень примеси, и в полосе появится
дырка. Эти два типа примесей называют соответственно донорами и
акцепторами.
ГЛ. 10. ПОЛУПРОВОДНИКИ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Такие примеси не обязательно должны состоять из чужеродных атомов; они
могут просто соответствовать избытку или недостатку атомов, образующих
нормальную решетку. Например, недостающий ион хлора в кристалле каменной
соли приводит к избытку положительного заряда в окрестности пустого узла,
и поэтому соответствующая область содержит электронные уровни,
расположенные ниже незанятых уровней основного кристалла.
Аналогичным образом в окислах (особенно тех, которые существуют в виде
химических соединений с разными степенями окисления) может оказаться, что
содержание кислорода в реальном кристалле отличается от того, что должно
иметь место в идеальном кристалле, и любые вакантные узлы решетки или
дополнительные атомы (в Ямеждуузлиях") могут рассматриваться как примеси.
На первый взгляд кажется удивительным, что в примесных полупроводниках
проводимость обязательно изчезает при низких температурах, так как должны
были бы существовать случаи, когда донорный уровень в атоме примеси будет
лежать выше нижнего края пустой полосы, а акцепторный-ниже верхнего края
заполненной полосы. В таких случаях можно было бы ожидать, что число
носителей тока будет равно тому, которое появляется из соответствующих
атомов примеси и не зависит от температуры.'
Объясняется это опять тем, что здесь нельзя пренебрегать электронным
взаимодействием. Если в нейтральную решетку введен дополнительный атом,
который теряет электрон, переходящий в пустую полосу решетки, то атом
окажется ионизированным и будет притягивать электрон. Поэтому состояние с
наименьшей энергией, т. е. то, которое реализуется при нулевой
температуре, соответствует электронной орбите, связанной с положительно
заряженным центром. Электрон на такой связанной орбите, конечно, не имеет
возможности принимать участие в процессе проводимости, и, следовательно,
для его освобождения нужна конечная энергия.
Такие состояния существуют, по всей вероятности, и в полупроводниках с
собственной проводимостью, так что появление электронов и дырок в
состояниях, когда они связаны друг с другом, требует несколько меньшей
энергии, чем когда они разделены. Только в последнем случае частицы могут
Предыдущая << 1 .. 90 91 92 93 94 95 < 96 > 97 98 99 100 101 102 .. 111 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed